LMR simplification
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cmath>
24 #include <cstring>   // For std::memset
25 #include <iostream>
26 #include <sstream>
27
28 #include "evaluate.h"
29 #include "misc.h"
30 #include "movegen.h"
31 #include "movepick.h"
32 #include "position.h"
33 #include "search.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "timeman.h"
36 #include "tt.h"
37 #include "uci.h"
38 #include "syzygy/tbprobe.h"
39
40 namespace Search {
41
42   LimitsType Limits;
43 }
44
45 namespace Tablebases {
46
47   int Cardinality;
48   bool RootInTB;
49   bool UseRule50;
50   Depth ProbeDepth;
51 }
52
53 namespace TB = Tablebases;
54
55 using std::string;
56 using Eval::evaluate;
57 using namespace Search;
58
59 namespace {
60
61   // Different node types, used as a template parameter
62   enum NodeType { NonPV, PV };
63
64   // Sizes and phases of the skip-blocks, used for distributing search depths across the threads
65   constexpr int SkipSize[]  = { 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4 };
66   constexpr int SkipPhase[] = { 0, 1, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
67
68   // Razor and futility margins
69   constexpr int RazorMargin[] = {0, 590, 604};
70   Value futility_margin(Depth d, bool improving) {
71     return Value((175 - 50 * improving) * d / ONE_PLY);
72   }
73
74   // Futility and reductions lookup tables, initialized at startup
75   int FutilityMoveCounts[2][16]; // [improving][depth]
76   int Reductions[2][2][64][64];  // [pv][improving][depth][moveNumber]
77
78   template <bool PvNode> Depth reduction(bool i, Depth d, int mn) {
79     return Reductions[PvNode][i][std::min(d / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)] * ONE_PLY;
80   }
81
82   // History and stats update bonus, based on depth
83   int stat_bonus(Depth depth) {
84     int d = depth / ONE_PLY;
85     return d > 17 ? 0 : 33 * d * d + 66 * d - 66;
86   }
87
88   // Skill structure is used to implement strength limit
89   struct Skill {
90     explicit Skill(int l) : level(l) {}
91     bool enabled() const { return level < 20; }
92     bool time_to_pick(Depth depth) const { return depth / ONE_PLY == 1 + level; }
93     Move pick_best(size_t multiPV);
94
95     int level;
96     Move best = MOVE_NONE;
97   };
98
99   template <NodeType NT>
100   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode);
101
102   template <NodeType NT>
103   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth = DEPTH_ZERO);
104
105   Value value_to_tt(Value v, int ply);
106   Value value_from_tt(Value v, int ply);
107   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv);
108   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus);
109   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move, Move* quiets, int quietsCnt, int bonus);
110   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move, Move* captures, int captureCnt, int bonus);
111
112   inline bool gives_check(const Position& pos, Move move) {
113     Color us = pos.side_to_move();
114     return  type_of(move) == NORMAL && !(pos.blockers_for_king(~us) & pos.pieces(us))
115           ? pos.check_squares(type_of(pos.moved_piece(move))) & to_sq(move)
116           : pos.gives_check(move);
117   }
118
119   // perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes up
120   // to the given depth are generated and counted, and the sum is returned.
121   template<bool Root>
122   uint64_t perft(Position& pos, Depth depth) {
123
124     StateInfo st;
125     uint64_t cnt, nodes = 0;
126     const bool leaf = (depth == 2 * ONE_PLY);
127
128     for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
129     {
130         if (Root && depth <= ONE_PLY)
131             cnt = 1, nodes++;
132         else
133         {
134             pos.do_move(m, st);
135             cnt = leaf ? MoveList<LEGAL>(pos).size() : perft<false>(pos, depth - ONE_PLY);
136             nodes += cnt;
137             pos.undo_move(m);
138         }
139         if (Root)
140             sync_cout << UCI::move(m, pos.is_chess960()) << ": " << cnt << sync_endl;
141     }
142     return nodes;
143   }
144
145 } // namespace
146
147
148 /// Search::init() is called at startup to initialize various lookup tables
149
150 void Search::init() {
151
152   for (int imp = 0; imp <= 1; ++imp)
153       for (int d = 1; d < 64; ++d)
154           for (int mc = 1; mc < 64; ++mc)
155           {
156               double r = log(d) * log(mc) / 1.95;
157
158               Reductions[NonPV][imp][d][mc] = int(std::round(r));
159               Reductions[PV][imp][d][mc] = std::max(Reductions[NonPV][imp][d][mc] - 1, 0);
160
161               // Increase reduction for non-PV nodes when eval is not improving
162               if (!imp && r > 1.0)
163                 Reductions[NonPV][imp][d][mc]++;
164           }
165
166   for (int d = 0; d < 16; ++d)
167   {
168       FutilityMoveCounts[0][d] = int(2.4 + 0.74 * pow(d, 1.78));
169       FutilityMoveCounts[1][d] = int(5.0 + 1.00 * pow(d, 2.00));
170   }
171 }
172
173
174 /// Search::clear() resets search state to its initial value
175
176 void Search::clear() {
177
178   Threads.main()->wait_for_search_finished();
179
180   Time.availableNodes = 0;
181   TT.clear();
182   Threads.clear();
183 }
184
185
186 /// MainThread::search() is called by the main thread when the program receives
187 /// the UCI 'go' command. It searches from the root position and outputs the "bestmove".
188
189 void MainThread::search() {
190
191   if (Limits.perft)
192   {
193       nodes = perft<true>(rootPos, Limits.perft * ONE_PLY);
194       sync_cout << "\nNodes searched: " << nodes << "\n" << sync_endl;
195       return;
196   }
197
198   Color us = rootPos.side_to_move();
199   Time.init(Limits, us, rootPos.game_ply());
200   TT.new_search();
201
202   if (rootMoves.empty())
203   {
204       rootMoves.emplace_back(MOVE_NONE);
205       sync_cout << "info depth 0 score "
206                 << UCI::value(rootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
207                 << sync_endl;
208   }
209   else
210   {
211       for (Thread* th : Threads)
212           if (th != this)
213               th->start_searching();
214
215       Thread::search(); // Let's start searching!
216   }
217
218   // When we reach the maximum depth, we can arrive here without a raise of
219   // Threads.stop. However, if we are pondering or in an infinite search,
220   // the UCI protocol states that we shouldn't print the best move before the
221   // GUI sends a "stop" or "ponderhit" command. We therefore simply wait here
222   // until the GUI sends one of those commands (which also raises Threads.stop).
223   Threads.stopOnPonderhit = true;
224
225   while (!Threads.stop && (Threads.ponder || Limits.infinite))
226   {} // Busy wait for a stop or a ponder reset
227
228   // Stop the threads if not already stopped (also raise the stop if
229   // "ponderhit" just reset Threads.ponder).
230   Threads.stop = true;
231
232   // Wait until all threads have finished
233   for (Thread* th : Threads)
234       if (th != this)
235           th->wait_for_search_finished();
236
237   // When playing in 'nodes as time' mode, subtract the searched nodes from
238   // the available ones before exiting.
239   if (Limits.npmsec)
240       Time.availableNodes += Limits.inc[us] - Threads.nodes_searched();
241
242   // Check if there are threads with a better score than main thread
243   Thread* bestThread = this;
244   if (    Options["MultiPV"] == 1
245       && !Limits.depth
246       && !Skill(Options["Skill Level"]).enabled()
247       &&  rootMoves[0].pv[0] != MOVE_NONE)
248   {
249       std::map<Move, int> votes;
250       Value minScore = this->rootMoves[0].score;
251
252       // Find out minimum score and reset votes for moves which can be voted
253       for (Thread* th: Threads)
254       {
255           minScore = std::min(minScore, th->rootMoves[0].score);
256           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] = 0;
257       }
258
259       // Vote according to score and depth
260       for (Thread* th : Threads)
261           votes[th->rootMoves[0].pv[0]] +=  int(th->rootMoves[0].score - minScore)  
262                                           + int(th->completedDepth);
263
264       // Select best thread
265       int bestVote = votes[this->rootMoves[0].pv[0]];
266       for (Thread* th : Threads)
267       {
268           if (votes[th->rootMoves[0].pv[0]] > bestVote)
269           {
270               bestVote = votes[th->rootMoves[0].pv[0]];
271               bestThread = th;
272           }
273       }
274   }
275
276   previousScore = bestThread->rootMoves[0].score;
277
278   // Send again PV info if we have a new best thread
279   if (bestThread != this)
280       sync_cout << UCI::pv(bestThread->rootPos, bestThread->completedDepth, -VALUE_INFINITE, VALUE_INFINITE) << sync_endl;
281
282   sync_cout << "bestmove " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[0], rootPos.is_chess960());
283
284   if (bestThread->rootMoves[0].pv.size() > 1 || bestThread->rootMoves[0].extract_ponder_from_tt(rootPos))
285       std::cout << " ponder " << UCI::move(bestThread->rootMoves[0].pv[1], rootPos.is_chess960());
286
287   std::cout << sync_endl;
288 }
289
290
291 /// Thread::search() is the main iterative deepening loop. It calls search()
292 /// repeatedly with increasing depth until the allocated thinking time has been
293 /// consumed, the user stops the search, or the maximum search depth is reached.
294
295 void Thread::search() {
296
297   Stack stack[MAX_PLY+7], *ss = stack+4; // To reference from (ss-4) to (ss+2)
298   Value bestValue, alpha, beta, delta;
299   Move  lastBestMove = MOVE_NONE;
300   Depth lastBestMoveDepth = DEPTH_ZERO;
301   MainThread* mainThread = (this == Threads.main() ? Threads.main() : nullptr);
302   double timeReduction = 1.0;
303   Color us = rootPos.side_to_move();
304   bool failedLow;
305
306   std::memset(ss-4, 0, 7 * sizeof(Stack));
307   for (int i = 4; i > 0; i--)
308      (ss-i)->continuationHistory = &this->continuationHistory[NO_PIECE][0]; // Use as sentinel
309
310   bestValue = delta = alpha = -VALUE_INFINITE;
311   beta = VALUE_INFINITE;
312
313   if (mainThread)
314       mainThread->bestMoveChanges = 0, failedLow = false;
315
316   size_t multiPV = Options["MultiPV"];
317   Skill skill(Options["Skill Level"]);
318
319   // When playing with strength handicap enable MultiPV search that we will
320   // use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
321   if (skill.enabled())
322       multiPV = std::max(multiPV, (size_t)4);
323
324   multiPV = std::min(multiPV, rootMoves.size());
325
326   int ct = int(Options["Contempt"]) * PawnValueEg / 100; // From centipawns
327
328   // In analysis mode, adjust contempt in accordance with user preference
329   if (Limits.infinite || Options["UCI_AnalyseMode"])
330       ct =  Options["Analysis Contempt"] == "Off"  ? 0
331           : Options["Analysis Contempt"] == "Both" ? ct
332           : Options["Analysis Contempt"] == "White" && us == BLACK ? -ct
333           : Options["Analysis Contempt"] == "Black" && us == WHITE ? -ct
334           : ct;
335
336   // In evaluate.cpp the evaluation is from the white point of view
337   contempt = (us == WHITE ?  make_score(ct, ct / 2)
338                           : -make_score(ct, ct / 2));
339
340   // Iterative deepening loop until requested to stop or the target depth is reached
341   while (   (rootDepth += ONE_PLY) < DEPTH_MAX
342          && !Threads.stop
343          && !(Limits.depth && mainThread && rootDepth / ONE_PLY > Limits.depth))
344   {
345       // Distribute search depths across the helper threads
346       if (idx > 0)
347       {
348           int i = (idx - 1) % 20;
349           if (((rootDepth / ONE_PLY + SkipPhase[i]) / SkipSize[i]) % 2)
350               continue;  // Retry with an incremented rootDepth
351       }
352
353       // Age out PV variability metric
354       if (mainThread)
355           mainThread->bestMoveChanges *= 0.517, failedLow = false;
356
357       // Save the last iteration's scores before first PV line is searched and
358       // all the move scores except the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
359       for (RootMove& rm : rootMoves)
360           rm.previousScore = rm.score;
361
362       size_t pvFirst = 0;
363       pvLast = 0;
364
365       // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
366       for (pvIdx = 0; pvIdx < multiPV && !Threads.stop; ++pvIdx)
367       {
368           if (pvIdx == pvLast)
369           {
370               pvFirst = pvLast;
371               for (pvLast++; pvLast < rootMoves.size(); pvLast++)
372                   if (rootMoves[pvLast].tbRank != rootMoves[pvFirst].tbRank)
373                       break;
374           }
375
376           // Reset UCI info selDepth for each depth and each PV line
377           selDepth = 0;
378
379           // Reset aspiration window starting size
380           if (rootDepth >= 5 * ONE_PLY)
381           {
382               Value previousScore = rootMoves[pvIdx].previousScore;
383               delta = Value(18);
384               alpha = std::max(previousScore - delta,-VALUE_INFINITE);
385               beta  = std::min(previousScore + delta, VALUE_INFINITE);
386
387               // Adjust contempt based on root move's previousScore (dynamic contempt)
388               int dct = ct + 88 * previousScore / (abs(previousScore) + 200);
389
390               contempt = (us == WHITE ?  make_score(dct, dct / 2)
391                                       : -make_score(dct, dct / 2));
392           }
393
394           // Start with a small aspiration window and, in the case of a fail
395           // high/low, re-search with a bigger window until we don't fail
396           // high/low anymore.
397           while (true)
398           {
399               bestValue = ::search<PV>(rootPos, ss, alpha, beta, rootDepth, false);
400
401               // Bring the best move to the front. It is critical that sorting
402               // is done with a stable algorithm because all the values but the
403               // first and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE
404               // and we want to keep the same order for all the moves except the
405               // new PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV
406               // search the already searched PV lines are preserved.
407               std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvIdx, rootMoves.begin() + pvLast);
408
409               // If search has been stopped, we break immediately. Sorting is
410               // safe because RootMoves is still valid, although it refers to
411               // the previous iteration.
412               if (Threads.stop)
413                   break;
414
415               // When failing high/low give some update (without cluttering
416               // the UI) before a re-search.
417               if (   mainThread
418                   && multiPV == 1
419                   && (bestValue <= alpha || bestValue >= beta)
420                   && Time.elapsed() > 3000)
421                   sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
422
423               // In case of failing low/high increase aspiration window and
424               // re-search, otherwise exit the loop.
425               if (bestValue <= alpha)
426               {
427                   beta = (alpha + beta) / 2;
428                   alpha = std::max(bestValue - delta, -VALUE_INFINITE);
429
430                   if (mainThread)
431                   {
432                       failedLow = true;
433                       Threads.stopOnPonderhit = false;
434                   }
435               }
436               else if (bestValue >= beta)
437                   beta = std::min(bestValue + delta, VALUE_INFINITE);
438               else
439                   break;
440
441               delta += delta / 4 + 5;
442
443               assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
444           }
445
446           // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
447           std::stable_sort(rootMoves.begin() + pvFirst, rootMoves.begin() + pvIdx + 1);
448
449           if (    mainThread
450               && (Threads.stop || pvIdx + 1 == multiPV || Time.elapsed() > 3000))
451               sync_cout << UCI::pv(rootPos, rootDepth, alpha, beta) << sync_endl;
452       }
453
454       if (!Threads.stop)
455           completedDepth = rootDepth;
456
457       if (rootMoves[0].pv[0] != lastBestMove) {
458          lastBestMove = rootMoves[0].pv[0];
459          lastBestMoveDepth = rootDepth;
460       }
461
462       // Have we found a "mate in x"?
463       if (   Limits.mate
464           && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
465           && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
466           Threads.stop = true;
467
468       if (!mainThread)
469           continue;
470
471       // If skill level is enabled and time is up, pick a sub-optimal best move
472       if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(rootDepth))
473           skill.pick_best(multiPV);
474
475       // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
476       if (    Limits.use_time_management()
477           && !Threads.stop
478           && !Threads.stopOnPonderhit)
479           {
480               const int F[] = { failedLow,
481                                 bestValue - mainThread->previousScore };
482
483               int improvingFactor = std::max(246, std::min(832, 306 + 119 * F[0] - 6 * F[1]));
484
485               // If the bestMove is stable over several iterations, reduce time accordingly
486               timeReduction = 1.0;
487               for (int i : {3, 4, 5})
488                   if (lastBestMoveDepth * i < completedDepth)
489                      timeReduction *= 1.25;
490
491               // Use part of the gained time from a previous stable move for the current move
492               double bestMoveInstability = 1.0 + mainThread->bestMoveChanges;
493               bestMoveInstability *= std::pow(mainThread->previousTimeReduction, 0.528) / timeReduction;
494
495               // Stop the search if we have only one legal move, or if available time elapsed
496               if (   rootMoves.size() == 1
497                   || Time.elapsed() > Time.optimum() * bestMoveInstability * improvingFactor / 581)
498               {
499                   // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
500                   // keep pondering until the GUI sends "ponderhit" or "stop".
501                   if (Threads.ponder)
502                       Threads.stopOnPonderhit = true;
503                   else
504                       Threads.stop = true;
505               }
506           }
507   }
508
509   if (!mainThread)
510       return;
511
512   mainThread->previousTimeReduction = timeReduction;
513
514   // If skill level is enabled, swap best PV line with the sub-optimal one
515   if (skill.enabled())
516       std::swap(rootMoves[0], *std::find(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
517                 skill.best ? skill.best : skill.pick_best(multiPV)));
518 }
519
520
521 namespace {
522
523   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes
524
525   template <NodeType NT>
526   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth, bool cutNode) {
527
528     constexpr bool PvNode = NT == PV;
529     const bool rootNode = PvNode && ss->ply == 0;
530
531     // Check if we have an upcoming move which draws by repetition, or
532     // if the opponent had an alternative move earlier to this position.
533     if (   pos.rule50_count() >= 3
534         && alpha < VALUE_DRAW
535         && !rootNode
536         && pos.has_game_cycle(ss->ply))
537     {
538         alpha = VALUE_DRAW;
539         if (alpha >= beta)
540             return alpha;
541     }
542
543     // Dive into quiescence search when the depth reaches zero
544     if (depth < ONE_PLY)
545         return qsearch<NT>(pos, ss, alpha, beta);
546
547     assert(-VALUE_INFINITE <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
548     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
549     assert(DEPTH_ZERO < depth && depth < DEPTH_MAX);
550     assert(!(PvNode && cutNode));
551     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
552
553     Move pv[MAX_PLY+1], capturesSearched[32], quietsSearched[64];
554     StateInfo st;
555     TTEntry* tte;
556     Key posKey;
557     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove;
558     Depth extension, newDepth;
559     Value bestValue, value, ttValue, eval, maxValue;
560     bool ttHit, inCheck, givesCheck, improving;
561     bool captureOrPromotion, doFullDepthSearch, moveCountPruning, skipQuiets, ttCapture, pvExact;
562     Piece movedPiece;
563     int moveCount, captureCount, quietCount;
564
565     // Step 1. Initialize node
566     Thread* thisThread = pos.this_thread();
567     inCheck = pos.checkers();
568     Color us = pos.side_to_move();
569     moveCount = captureCount = quietCount = ss->moveCount = 0;
570     bestValue = -VALUE_INFINITE;
571     maxValue = VALUE_INFINITE;
572
573     // Check for the available remaining time
574     if (thisThread == Threads.main())
575         static_cast<MainThread*>(thisThread)->check_time();
576
577     // Used to send selDepth info to GUI (selDepth counts from 1, ply from 0)
578     if (PvNode && thisThread->selDepth < ss->ply + 1)
579         thisThread->selDepth = ss->ply + 1;
580
581     if (!rootNode)
582     {
583         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
584         if (   Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed)
585             || pos.is_draw(ss->ply)
586             || ss->ply >= MAX_PLY)
587             return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
588
589         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
590         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
591         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
592         // because we will never beat the current alpha. Same logic but with reversed
593         // signs applies also in the opposite condition of being mated instead of giving
594         // mate. In this case return a fail-high score.
595         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
596         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
597         if (alpha >= beta)
598             return alpha;
599     }
600
601     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
602
603     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
604     ss->currentMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
605     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
606     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
607     Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
608
609     // Initialize statScore to zero for the grandchildren of the current position.
610     // So statScore is shared between all grandchildren and only the first grandchild
611     // starts with statScore = 0. Later grandchildren start with the last calculated
612     // statScore of the previous grandchild. This influences the reduction rules in
613     // LMR which are based on the statScore of parent position.
614     (ss+2)->statScore = 0;
615
616     // Step 4. Transposition table lookup. We don't want the score of a partial
617     // search to overwrite a previous full search TT value, so we use a different
618     // position key in case of an excluded move.
619     excludedMove = ss->excludedMove;
620     posKey = pos.key() ^ Key(excludedMove << 16); // Isn't a very good hash
621     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
622     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
623     ttMove =  rootNode ? thisThread->rootMoves[thisThread->pvIdx].pv[0]
624             : ttHit    ? tte->move() : MOVE_NONE;
625
626     // At non-PV nodes we check for an early TT cutoff
627     if (  !PvNode
628         && ttHit
629         && tte->depth() >= depth
630         && ttValue != VALUE_NONE // Possible in case of TT access race
631         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
632                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
633     {
634         // If ttMove is quiet, update move sorting heuristics on TT hit
635         if (ttMove)
636         {
637             if (ttValue >= beta)
638             {
639                 if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
640                     update_quiet_stats(pos, ss, ttMove, nullptr, 0, stat_bonus(depth));
641
642                 // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
643                 if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
644                     update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
645             }
646             // Penalty for a quiet ttMove that fails low
647             else if (!pos.capture_or_promotion(ttMove))
648             {
649                 int penalty = -stat_bonus(depth);
650                 thisThread->mainHistory[us][from_to(ttMove)] << penalty;
651                 update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(ttMove), to_sq(ttMove), penalty);
652             }
653         }
654         return ttValue;
655     }
656
657     // Step 5. Tablebases probe
658     if (!rootNode && TB::Cardinality)
659     {
660         int piecesCount = pos.count<ALL_PIECES>();
661
662         if (    piecesCount <= TB::Cardinality
663             && (piecesCount <  TB::Cardinality || depth >= TB::ProbeDepth)
664             &&  pos.rule50_count() == 0
665             && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
666         {
667             TB::ProbeState err;
668             TB::WDLScore wdl = Tablebases::probe_wdl(pos, &err);
669
670             if (err != TB::ProbeState::FAIL)
671             {
672                 thisThread->tbHits.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
673
674                 int drawScore = TB::UseRule50 ? 1 : 0;
675
676                 value =  wdl < -drawScore ? -VALUE_MATE + MAX_PLY + ss->ply + 1
677                        : wdl >  drawScore ?  VALUE_MATE - MAX_PLY - ss->ply - 1
678                                           :  VALUE_DRAW + 2 * wdl * drawScore;
679
680                 Bound b =  wdl < -drawScore ? BOUND_UPPER
681                          : wdl >  drawScore ? BOUND_LOWER : BOUND_EXACT;
682
683                 if (    b == BOUND_EXACT
684                     || (b == BOUND_LOWER ? value >= beta : value <= alpha))
685                 {
686                     tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), b,
687                               std::min(DEPTH_MAX - ONE_PLY, depth + 6 * ONE_PLY),
688                               MOVE_NONE, VALUE_NONE);
689
690                     return value;
691                 }
692
693                 if (PvNode)
694                 {
695                     if (b == BOUND_LOWER)
696                         bestValue = value, alpha = std::max(alpha, bestValue);
697                     else
698                         maxValue = value;
699                 }
700             }
701         }
702     }
703
704     // Step 6. Static evaluation of the position
705     if (inCheck)
706     {
707         ss->staticEval = eval = VALUE_NONE;
708         improving = false;
709         goto moves_loop;  // Skip early pruning when in check
710     }
711     else if (ttHit)
712     {
713         // Never assume anything on values stored in TT
714         if ((ss->staticEval = eval = tte->eval()) == VALUE_NONE)
715             eval = ss->staticEval = evaluate(pos);
716
717         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
718         if (    ttValue != VALUE_NONE
719             && (tte->bound() & (ttValue > eval ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
720             eval = ttValue;
721     }
722     else
723     {
724         ss->staticEval = eval =
725         (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
726                                          : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
727
728         tte->save(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
729                   ss->staticEval);
730     }
731
732     // Step 7. Razoring (~2 Elo)
733     if (  !PvNode
734         && depth < 3 * ONE_PLY
735         && eval <= alpha - RazorMargin[depth / ONE_PLY])
736     {
737         Value ralpha = alpha - (depth >= 2 * ONE_PLY) * RazorMargin[depth / ONE_PLY];
738         Value v = qsearch<NonPV>(pos, ss, ralpha, ralpha+1);
739         if (depth < 2 * ONE_PLY || v <= ralpha)
740             return v;
741     }
742
743     improving =   ss->staticEval >= (ss-2)->staticEval
744                || (ss-2)->staticEval == VALUE_NONE;
745
746     // Step 8. Futility pruning: child node (~30 Elo)
747     if (   !rootNode
748         &&  depth < 7 * ONE_PLY
749         &&  eval - futility_margin(depth, improving) >= beta
750         &&  eval < VALUE_KNOWN_WIN) // Do not return unproven wins
751         return eval;
752
753     // Step 9. Null move search with verification search (~40 Elo)
754     if (   !PvNode
755         && (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL
756         && (ss-1)->statScore < 22500
757         &&  eval >= beta
758         &&  ss->staticEval >= beta - 36 * depth / ONE_PLY + 225
759         && !excludedMove
760         &&  pos.non_pawn_material(us)
761         && (ss->ply >= thisThread->nmpMinPly || us != thisThread->nmpColor))
762     {
763         assert(eval - beta >= 0);
764
765         // Null move dynamic reduction based on depth and value
766         Depth R = ((823 + 67 * depth / ONE_PLY) / 256 + std::min((eval - beta) / PawnValueMg, 3)) * ONE_PLY;
767
768         ss->currentMove = MOVE_NULL;
769         ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
770
771         pos.do_null_move(st);
772
773         Value nullValue = -search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -beta+1, depth-R, !cutNode);
774
775         pos.undo_null_move();
776
777         if (nullValue >= beta)
778         {
779             // Do not return unproven mate scores
780             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
781                 nullValue = beta;
782
783             if (thisThread->nmpMinPly || (abs(beta) < VALUE_KNOWN_WIN && depth < 12 * ONE_PLY))
784                 return nullValue;
785
786             assert(!thisThread->nmpMinPly); // Recursive verification is not allowed
787
788             // Do verification search at high depths, with null move pruning disabled
789             // for us, until ply exceeds nmpMinPly.
790             thisThread->nmpMinPly = ss->ply + 3 * (depth-R) / 4;
791             thisThread->nmpColor = us;
792
793             Value v = search<NonPV>(pos, ss, beta-1, beta, depth-R, false);
794
795             thisThread->nmpMinPly = 0;
796
797             if (v >= beta)
798                 return nullValue;
799         }
800     }
801
802     // Step 10. ProbCut (~10 Elo)
803     // If we have a good enough capture and a reduced search returns a value
804     // much above beta, we can (almost) safely prune the previous move.
805     if (   !PvNode
806         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
807         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
808     {
809         Value rbeta = std::min(beta + 216 - 48 * improving, VALUE_INFINITE);
810         MovePicker mp(pos, ttMove, rbeta - ss->staticEval, &thisThread->captureHistory);
811         int probCutCount = 0;
812
813         while (  (move = mp.next_move()) != MOVE_NONE
814                && probCutCount < 3)
815             if (pos.legal(move))
816             {
817                 probCutCount++;
818
819                 ss->currentMove = move;
820                 ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
821
822                 assert(depth >= 5 * ONE_PLY);
823
824                 pos.do_move(move, st);
825
826                 // Perform a preliminary qsearch to verify that the move holds
827                 value = -qsearch<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1);
828
829                 // If the qsearch held perform the regular search
830                 if (value >= rbeta)
831                     value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, depth - 4 * ONE_PLY, !cutNode);
832
833                 pos.undo_move(move);
834
835                 if (value >= rbeta)
836                     return value;
837             }
838     }
839
840     // Step 11. Internal iterative deepening (~2 Elo)
841     if (    depth >= 8 * ONE_PLY
842         && !ttMove)
843     {
844         search<NT>(pos, ss, alpha, beta, depth - 7 * ONE_PLY, cutNode);
845
846         tte = TT.probe(posKey, ttHit);
847         ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
848         ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
849     }
850
851 moves_loop: // When in check, search starts from here
852
853     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
854     Move countermove = thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq];
855
856     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
857                                       &thisThread->captureHistory,
858                                       contHist,
859                                       countermove,
860                                       ss->killers);
861     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
862
863     skipQuiets = false;
864     ttCapture = false;
865     pvExact = PvNode && ttHit && tte->bound() == BOUND_EXACT;
866
867     // Step 12. Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain
868     // or a beta cutoff occurs.
869     while ((move = mp.next_move(skipQuiets)) != MOVE_NONE)
870     {
871       assert(is_ok(move));
872
873       if (move == excludedMove)
874           continue;
875
876       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
877       // Move List. As a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
878       // mode we also skip PV moves which have been already searched and those
879       // of lower "TB rank" if we are in a TB root position.
880       if (rootNode && !std::count(thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvIdx,
881                                   thisThread->rootMoves.begin() + thisThread->pvLast, move))
882           continue;
883
884       ss->moveCount = ++moveCount;
885
886       if (rootNode && thisThread == Threads.main() && Time.elapsed() > 3000)
887           sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
888                     << " currmove " << UCI::move(move, pos.is_chess960())
889                     << " currmovenumber " << moveCount + thisThread->pvIdx << sync_endl;
890       if (PvNode)
891           (ss+1)->pv = nullptr;
892
893       extension = DEPTH_ZERO;
894       captureOrPromotion = pos.capture_or_promotion(move);
895       movedPiece = pos.moved_piece(move);
896       givesCheck = gives_check(pos, move);
897
898       moveCountPruning =   depth < 16 * ONE_PLY
899                         && moveCount >= FutilityMoveCounts[improving][depth / ONE_PLY];
900
901       // Step 13. Extensions (~70 Elo)
902
903       // Singular extension search (~60 Elo). If all moves but one fail low on a
904       // search of (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta),
905       // then that move is singular and should be extended. To verify this we do
906       // a reduced search on on all the other moves but the ttMove and if the
907       // result is lower than ttValue minus a margin then we will extend the ttMove.
908       if (    depth >= 8 * ONE_PLY
909           &&  move == ttMove
910           && !rootNode
911           && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
912           &&  ttValue != VALUE_NONE
913           && (tte->bound() & BOUND_LOWER)
914           &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY
915           &&  pos.legal(move))
916       {
917           Value rBeta = std::max(ttValue - 2 * depth / ONE_PLY, -VALUE_MATE);
918           ss->excludedMove = move;
919           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2, cutNode);
920           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
921
922           if (value < rBeta)
923               extension = ONE_PLY;
924       }
925       else if (    givesCheck // Check extension (~2 Elo)
926                && !moveCountPruning
927                &&  pos.see_ge(move))
928           extension = ONE_PLY;
929
930       // Calculate new depth for this move
931       newDepth = depth - ONE_PLY + extension;
932
933       // Step 14. Pruning at shallow depth (~170 Elo)
934       if (  !rootNode
935           && pos.non_pawn_material(us)
936           && bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY)
937       {
938           if (   !captureOrPromotion
939               && !givesCheck
940               && (!pos.advanced_pawn_push(move) || pos.non_pawn_material() >= Value(5000)))
941           {
942               // Move count based pruning (~30 Elo)
943               if (moveCountPruning)
944               {
945                   skipQuiets = true;
946                   continue;
947               }
948
949               // Reduced depth of the next LMR search
950               int lmrDepth = std::max(newDepth - reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount), DEPTH_ZERO) / ONE_PLY;
951
952               // Countermoves based pruning (~20 Elo)
953               if (   lmrDepth < 3 + ((ss-1)->statScore > 0)
954                   && (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold
955                   && (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)] < CounterMovePruneThreshold)
956                   continue;
957
958               // Futility pruning: parent node (~2 Elo)
959               if (   lmrDepth < 7
960                   && !inCheck
961                   && ss->staticEval + 256 + 200 * lmrDepth <= alpha)
962                   continue;
963
964               // Prune moves with negative SEE (~10 Elo)
965               if (!pos.see_ge(move, Value(-29 * lmrDepth * lmrDepth)))
966                   continue;
967           }
968           else if (   !extension // (~20 Elo)
969                    && !pos.see_ge(move, -PawnValueEg * (depth / ONE_PLY)))
970                   continue;
971       }
972
973       // Speculative prefetch as early as possible
974       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
975
976       // Check for legality just before making the move
977       if (!rootNode && !pos.legal(move))
978       {
979           ss->moveCount = --moveCount;
980           continue;
981       }
982
983       if (move == ttMove && captureOrPromotion)
984           ttCapture = true;
985
986       // Update the current move (this must be done after singular extension search)
987       ss->currentMove = move;
988       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[movedPiece][to_sq(move)];
989
990       // Step 15. Make the move
991       pos.do_move(move, st, givesCheck);
992
993       // Step 16. Reduced depth search (LMR). If the move fails high it will be
994       // re-searched at full depth.
995       if (    depth >= 3 * ONE_PLY
996           &&  moveCount > 1
997           && (!captureOrPromotion || moveCountPruning))
998       {
999           Depth r = reduction<PvNode>(improving, depth, moveCount);
1000
1001           // Decrease reduction if opponent's move count is high (~10 Elo)
1002           if ((ss-1)->moveCount > 15)
1003               r -= ONE_PLY;
1004
1005           if (!captureOrPromotion)
1006           {
1007               // Decrease reduction for exact PV nodes (~0 Elo)
1008               if (pvExact)
1009                   r -= ONE_PLY;
1010
1011               // Increase reduction if ttMove is a capture (~0 Elo)
1012               if (ttCapture)
1013                   r += ONE_PLY;
1014
1015               // Increase reduction for cut nodes (~5 Elo)
1016               if (cutNode)
1017                   r += 2 * ONE_PLY;
1018
1019               // Decrease reduction for moves that escape a capture. Filter out
1020               // castling moves, because they are coded as "king captures rook" and
1021               // hence break make_move(). (~5 Elo)
1022               else if (    type_of(move) == NORMAL
1023                        && !pos.see_ge(make_move(to_sq(move), from_sq(move))))
1024                   r -= 2 * ONE_PLY;
1025
1026               ss->statScore =  thisThread->mainHistory[us][from_to(move)]
1027                              + (*contHist[0])[movedPiece][to_sq(move)]
1028                              + (*contHist[1])[movedPiece][to_sq(move)]
1029                              + (*contHist[3])[movedPiece][to_sq(move)]
1030                              - 4000;
1031
1032               // Decrease/increase reduction by comparing opponent's stat score (~10 Elo)
1033               if (ss->statScore >= 0 && (ss-1)->statScore < 0)
1034                   r -= ONE_PLY;
1035
1036               else if ((ss-1)->statScore >= 0 && ss->statScore < 0)
1037                   r += ONE_PLY;
1038
1039               // Decrease/increase reduction for moves with a good/bad history (~30 Elo)
1040               r -= ss->statScore / 20000 * ONE_PLY;
1041           }
1042
1043           Depth d = std::max(newDepth - std::max(r, DEPTH_ZERO), ONE_PLY);
1044
1045           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d, true);
1046
1047           doFullDepthSearch = (value > alpha && d != newDepth);
1048       }
1049       else
1050           doFullDepthSearch = !PvNode || moveCount > 1;
1051
1052       // Step 17. Full depth search when LMR is skipped or fails high
1053       if (doFullDepthSearch)
1054           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth, !cutNode);
1055
1056       // For PV nodes only, do a full PV search on the first move or after a fail
1057       // high (in the latter case search only if value < beta), otherwise let the
1058       // parent node fail low with value <= alpha and try another move.
1059       if (PvNode && (moveCount == 1 || (value > alpha && (rootNode || value < beta))))
1060       {
1061           (ss+1)->pv = pv;
1062           (ss+1)->pv[0] = MOVE_NONE;
1063
1064           value = -search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth, false);
1065       }
1066
1067       // Step 18. Undo move
1068       pos.undo_move(move);
1069
1070       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1071
1072       // Step 19. Check for a new best move
1073       // Finished searching the move. If a stop occurred, the return value of
1074       // the search cannot be trusted, and we return immediately without
1075       // updating best move, PV and TT.
1076       if (Threads.stop.load(std::memory_order_relaxed))
1077           return VALUE_ZERO;
1078
1079       if (rootNode)
1080       {
1081           RootMove& rm = *std::find(thisThread->rootMoves.begin(),
1082                                     thisThread->rootMoves.end(), move);
1083
1084           // PV move or new best move?
1085           if (moveCount == 1 || value > alpha)
1086           {
1087               rm.score = value;
1088               rm.selDepth = thisThread->selDepth;
1089               rm.pv.resize(1);
1090
1091               assert((ss+1)->pv);
1092
1093               for (Move* m = (ss+1)->pv; *m != MOVE_NONE; ++m)
1094                   rm.pv.push_back(*m);
1095
1096               // We record how often the best move has been changed in each
1097               // iteration. This information is used for time management: When
1098               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
1099               if (moveCount > 1 && thisThread == Threads.main())
1100                   ++static_cast<MainThread*>(thisThread)->bestMoveChanges;
1101           }
1102           else
1103               // All other moves but the PV are set to the lowest value: this
1104               // is not a problem when sorting because the sort is stable and the
1105               // move position in the list is preserved - just the PV is pushed up.
1106               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1107       }
1108
1109       if (value > bestValue)
1110       {
1111           bestValue = value;
1112
1113           if (value > alpha)
1114           {
1115               bestMove = move;
1116
1117               if (PvNode && !rootNode) // Update pv even in fail-high case
1118                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1119
1120               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1121                   alpha = value;
1122               else
1123               {
1124                   assert(value >= beta); // Fail high
1125                   ss->statScore = 0;
1126                   break;
1127               }
1128           }
1129       }
1130
1131       if (move != bestMove)
1132       {
1133           if (captureOrPromotion && captureCount < 32)
1134               capturesSearched[captureCount++] = move;
1135
1136           else if (!captureOrPromotion && quietCount < 64)
1137               quietsSearched[quietCount++] = move;
1138       }
1139     }
1140
1141     // The following condition would detect a stop only after move loop has been
1142     // completed. But in this case bestValue is valid because we have fully
1143     // searched our subtree, and we can anyhow save the result in TT.
1144     /*
1145        if (Threads.stop)
1146         return VALUE_DRAW;
1147     */
1148
1149     // Step 20. Check for mate and stalemate
1150     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1151     // must be a mate or a stalemate. If we are in a singular extension search then
1152     // return a fail low score.
1153
1154     assert(moveCount || !inCheck || excludedMove || !MoveList<LEGAL>(pos).size());
1155
1156     if (!moveCount)
1157         bestValue = excludedMove ? alpha
1158                    :     inCheck ? mated_in(ss->ply) : VALUE_DRAW;
1159     else if (bestMove)
1160     {
1161         // Quiet best move: update move sorting heuristics
1162         if (!pos.capture_or_promotion(bestMove))
1163             update_quiet_stats(pos, ss, bestMove, quietsSearched, quietCount,
1164                                stat_bonus(depth + (bestValue > beta + PawnValueMg ? ONE_PLY : DEPTH_ZERO)));
1165
1166         update_capture_stats(pos, bestMove, capturesSearched, captureCount, stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1167
1168         // Extra penalty for a quiet TT move in previous ply when it gets refuted
1169         if ((ss-1)->moveCount == 1 && !pos.captured_piece())
1170             update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, -stat_bonus(depth + ONE_PLY));
1171     }
1172     // Bonus for prior countermove that caused the fail low
1173     else if (   (depth >= 3 * ONE_PLY || PvNode)
1174              && !pos.captured_piece()
1175              && is_ok((ss-1)->currentMove))
1176         update_continuation_histories(ss-1, pos.piece_on(prevSq), prevSq, stat_bonus(depth));
1177
1178     if (PvNode)
1179         bestValue = std::min(bestValue, maxValue);
1180
1181     if (!excludedMove)
1182         tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1183                   bestValue >= beta ? BOUND_LOWER :
1184                   PvNode && bestMove ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1185                   depth, bestMove, ss->staticEval);
1186
1187     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1188
1189     return bestValue;
1190   }
1191
1192
1193   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1194   // search function with depth zero, or recursively with depth less than ONE_PLY.
1195   template <NodeType NT>
1196   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1197
1198     constexpr bool PvNode = NT == PV;
1199
1200     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1201     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1202     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1203     assert(depth / ONE_PLY * ONE_PLY == depth);
1204
1205     Move pv[MAX_PLY+1];
1206     StateInfo st;
1207     TTEntry* tte;
1208     Key posKey;
1209     Move ttMove, move, bestMove;
1210     Depth ttDepth;
1211     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1212     bool ttHit, inCheck, givesCheck, evasionPrunable;
1213     int moveCount;
1214
1215     if (PvNode)
1216     {
1217         oldAlpha = alpha; // To flag BOUND_EXACT when eval above alpha and no available moves
1218         (ss+1)->pv = pv;
1219         ss->pv[0] = MOVE_NONE;
1220     }
1221
1222     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1223     (ss+1)->ply = ss->ply + 1;
1224     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1225     ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[NO_PIECE][0];
1226     inCheck = pos.checkers();
1227     moveCount = 0;
1228
1229     // Check for an immediate draw or maximum ply reached
1230     if (   pos.is_draw(ss->ply)
1231         || ss->ply >= MAX_PLY)
1232         return (ss->ply >= MAX_PLY && !inCheck) ? evaluate(pos) : VALUE_DRAW;
1233
1234     assert(0 <= ss->ply && ss->ply < MAX_PLY);
1235
1236     // Decide whether or not to include checks: this fixes also the type of
1237     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1238     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1239     ttDepth = inCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1240                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1241     // Transposition table lookup
1242     posKey = pos.key();
1243     tte = TT.probe(posKey, ttHit);
1244     ttValue = ttHit ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
1245     ttMove = ttHit ? tte->move() : MOVE_NONE;
1246
1247     if (  !PvNode
1248         && ttHit
1249         && tte->depth() >= ttDepth
1250         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1251         && (ttValue >= beta ? (tte->bound() & BOUND_LOWER)
1252                             : (tte->bound() & BOUND_UPPER)))
1253         return ttValue;
1254
1255     // Evaluate the position statically
1256     if (inCheck)
1257     {
1258         ss->staticEval = VALUE_NONE;
1259         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1260     }
1261     else
1262     {
1263         if (ttHit)
1264         {
1265             // Never assume anything on values stored in TT
1266             if ((ss->staticEval = bestValue = tte->eval()) == VALUE_NONE)
1267                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos);
1268
1269             // Can ttValue be used as a better position evaluation?
1270             if (    ttValue != VALUE_NONE
1271                 && (tte->bound() & (ttValue > bestValue ? BOUND_LOWER : BOUND_UPPER)))
1272                 bestValue = ttValue;
1273         }
1274         else
1275             ss->staticEval = bestValue =
1276             (ss-1)->currentMove != MOVE_NULL ? evaluate(pos)
1277                                              : -(ss-1)->staticEval + 2 * Eval::Tempo;
1278
1279         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1280         if (bestValue >= beta)
1281         {
1282             if (!ttHit)
1283                 tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1284                           DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval);
1285
1286             return bestValue;
1287         }
1288
1289         if (PvNode && bestValue > alpha)
1290             alpha = bestValue;
1291
1292         futilityBase = bestValue + 128;
1293     }
1294
1295     const PieceToHistory* contHist[] = { (ss-1)->continuationHistory, (ss-2)->continuationHistory, nullptr, (ss-4)->continuationHistory };
1296
1297     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1298     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1299     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1300     // be generated.
1301     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, &thisThread->mainHistory,
1302                                       &thisThread->captureHistory,
1303                                       contHist,
1304                                       to_sq((ss-1)->currentMove));
1305
1306     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1307     while ((move = mp.next_move()) != MOVE_NONE)
1308     {
1309       assert(is_ok(move));
1310
1311       givesCheck = gives_check(pos, move);
1312
1313       moveCount++;
1314
1315       // Futility pruning
1316       if (   !inCheck
1317           && !givesCheck
1318           &&  futilityBase > -VALUE_KNOWN_WIN
1319           && !pos.advanced_pawn_push(move))
1320       {
1321           assert(type_of(move) != ENPASSANT); // Due to !pos.advanced_pawn_push
1322
1323           futilityValue = futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))];
1324
1325           if (futilityValue <= alpha)
1326           {
1327               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1328               continue;
1329           }
1330
1331           if (futilityBase <= alpha && !pos.see_ge(move, VALUE_ZERO + 1))
1332           {
1333               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1334               continue;
1335           }
1336       }
1337
1338       // Detect non-capture evasions that are candidates to be pruned
1339       evasionPrunable =    inCheck
1340                        &&  (depth != DEPTH_ZERO || moveCount > 2)
1341                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1342                        && !pos.capture(move);
1343
1344       // Don't search moves with negative SEE values
1345       if (  (!inCheck || evasionPrunable)
1346           && !pos.see_ge(move))
1347           continue;
1348
1349       // Speculative prefetch as early as possible
1350       prefetch(TT.first_entry(pos.key_after(move)));
1351
1352       // Check for legality just before making the move
1353       if (!pos.legal(move))
1354       {
1355           moveCount--;
1356           continue;
1357       }
1358
1359       ss->currentMove = move;
1360       ss->continuationHistory = &thisThread->continuationHistory[pos.moved_piece(move)][to_sq(move)];
1361
1362       // Make and search the move
1363       pos.do_move(move, st, givesCheck);
1364       value = -qsearch<NT>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1365       pos.undo_move(move);
1366
1367       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1368
1369       // Check for a new best move
1370       if (value > bestValue)
1371       {
1372           bestValue = value;
1373
1374           if (value > alpha)
1375           {
1376               if (PvNode) // Update pv even in fail-high case
1377                   update_pv(ss->pv, move, (ss+1)->pv);
1378
1379               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here!
1380               {
1381                   alpha = value;
1382                   bestMove = move;
1383               }
1384               else // Fail high
1385               {
1386                   tte->save(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1387                             ttDepth, move, ss->staticEval);
1388
1389                   return value;
1390               }
1391           }
1392        }
1393     }
1394
1395     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1396     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1397     if (inCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1398         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1399
1400     tte->save(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1401               PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1402               ttDepth, bestMove, ss->staticEval);
1403
1404     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1405
1406     return bestValue;
1407   }
1408
1409
1410   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1411   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1412   // The function is called before storing a value in the transposition table.
1413
1414   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1415
1416     assert(v != VALUE_NONE);
1417
1418     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1419           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1420   }
1421
1422
1423   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1424   // from the transposition table (which refers to the plies to mate/be mated
1425   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1426
1427   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1428
1429     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1430           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1431           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1432   }
1433
1434
1435   // update_pv() adds current move and appends child pv[]
1436
1437   void update_pv(Move* pv, Move move, Move* childPv) {
1438
1439     for (*pv++ = move; childPv && *childPv != MOVE_NONE; )
1440         *pv++ = *childPv++;
1441     *pv = MOVE_NONE;
1442   }
1443
1444
1445   // update_continuation_histories() updates histories of the move pairs formed
1446   // by moves at ply -1, -2, and -4 with current move.
1447
1448   void update_continuation_histories(Stack* ss, Piece pc, Square to, int bonus) {
1449
1450     for (int i : {1, 2, 4})
1451         if (is_ok((ss-i)->currentMove))
1452             (*(ss-i)->continuationHistory)[pc][to] << bonus;
1453   }
1454
1455
1456   // update_capture_stats() updates move sorting heuristics when a new capture best move is found
1457
1458   void update_capture_stats(const Position& pos, Move move,
1459                             Move* captures, int captureCnt, int bonus) {
1460
1461       CapturePieceToHistory& captureHistory =  pos.this_thread()->captureHistory;
1462       Piece moved_piece = pos.moved_piece(move);
1463       PieceType captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(move)));
1464
1465       if (pos.capture_or_promotion(move))
1466           captureHistory[moved_piece][to_sq(move)][captured] << bonus;
1467
1468       // Decrease all the other played capture moves
1469       for (int i = 0; i < captureCnt; ++i)
1470       {
1471           moved_piece = pos.moved_piece(captures[i]);
1472           captured = type_of(pos.piece_on(to_sq(captures[i])));
1473           captureHistory[moved_piece][to_sq(captures[i])][captured] << -bonus;
1474       }
1475   }
1476
1477
1478   // update_quiet_stats() updates move sorting heuristics when a new quiet best move is found
1479
1480   void update_quiet_stats(const Position& pos, Stack* ss, Move move,
1481                           Move* quiets, int quietsCnt, int bonus) {
1482
1483     if (ss->killers[0] != move)
1484     {
1485         ss->killers[1] = ss->killers[0];
1486         ss->killers[0] = move;
1487     }
1488
1489     Color us = pos.side_to_move();
1490     Thread* thisThread = pos.this_thread();
1491     thisThread->mainHistory[us][from_to(move)] << bonus;
1492     update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(move), to_sq(move), bonus);
1493
1494     if (is_ok((ss-1)->currentMove))
1495     {
1496         Square prevSq = to_sq((ss-1)->currentMove);
1497         thisThread->counterMoves[pos.piece_on(prevSq)][prevSq] = move;
1498     }
1499
1500     // Decrease all the other played quiet moves
1501     for (int i = 0; i < quietsCnt; ++i)
1502     {
1503         thisThread->mainHistory[us][from_to(quiets[i])] << -bonus;
1504         update_continuation_histories(ss, pos.moved_piece(quiets[i]), to_sq(quiets[i]), -bonus);
1505     }
1506   }
1507
1508   // When playing with strength handicap, choose best move among a set of RootMoves
1509   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1510
1511   Move Skill::pick_best(size_t multiPV) {
1512
1513     const RootMoves& rootMoves = Threads.main()->rootMoves;
1514     static PRNG rng(now()); // PRNG sequence should be non-deterministic
1515
1516     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1517     Value topScore = rootMoves[0].score;
1518     int delta = std::min(topScore - rootMoves[multiPV - 1].score, PawnValueMg);
1519     int weakness = 120 - 2 * level;
1520     int maxScore = -VALUE_INFINITE;
1521
1522     // Choose best move. For each move score we add two terms, both dependent on
1523     // weakness. One is deterministic and bigger for weaker levels, and one is
1524     // random. Then we choose the move with the resulting highest score.
1525     for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1526     {
1527         // This is our magic formula
1528         int push = (  weakness * int(topScore - rootMoves[i].score)
1529                     + delta * (rng.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1530
1531         if (rootMoves[i].score + push >= maxScore)
1532         {
1533             maxScore = rootMoves[i].score + push;
1534             best = rootMoves[i].pv[0];
1535         }
1536     }
1537
1538     return best;
1539   }
1540
1541 } // namespace
1542
1543 /// MainThread::check_time() is used to print debug info and, more importantly,
1544 /// to detect when we are out of available time and thus stop the search.
1545
1546 void MainThread::check_time() {
1547
1548   if (--callsCnt > 0)
1549       return;
1550
1551   // When using nodes, ensure checking rate is not lower than 0.1% of nodes
1552   callsCnt = Limits.nodes ? std::min(1024, int(Limits.nodes / 1024)) : 1024;
1553
1554   static TimePoint lastInfoTime = now();
1555
1556   TimePoint elapsed = Time.elapsed();
1557   TimePoint tick = Limits.startTime + elapsed;
1558
1559   if (tick - lastInfoTime >= 1000)
1560   {
1561       lastInfoTime = tick;
1562       dbg_print();
1563   }
1564
1565   // We should not stop pondering until told so by the GUI
1566   if (Threads.ponder)
1567       return;
1568
1569   if (   (Limits.use_time_management() && elapsed > Time.maximum() - 10)
1570       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1571       || (Limits.nodes && Threads.nodes_searched() >= (uint64_t)Limits.nodes))
1572       Threads.stop = true;
1573 }
1574
1575
1576 /// UCI::pv() formats PV information according to the UCI protocol. UCI requires
1577 /// that all (if any) unsearched PV lines are sent using a previous search score.
1578
1579 string UCI::pv(const Position& pos, Depth depth, Value alpha, Value beta) {
1580
1581   std::stringstream ss;
1582   TimePoint elapsed = Time.elapsed() + 1;
1583   const RootMoves& rootMoves = pos.this_thread()->rootMoves;
1584   size_t pvIdx = pos.this_thread()->pvIdx;
1585   size_t multiPV = std::min((size_t)Options["MultiPV"], rootMoves.size());
1586   uint64_t nodesSearched = Threads.nodes_searched();
1587   uint64_t tbHits = Threads.tb_hits() + (TB::RootInTB ? rootMoves.size() : 0);
1588
1589   for (size_t i = 0; i < multiPV; ++i)
1590   {
1591       bool updated = (i <= pvIdx && rootMoves[i].score != -VALUE_INFINITE);
1592
1593       if (depth == ONE_PLY && !updated)
1594           continue;
1595
1596       Depth d = updated ? depth : depth - ONE_PLY;
1597       Value v = updated ? rootMoves[i].score : rootMoves[i].previousScore;
1598
1599       bool tb = TB::RootInTB && abs(v) < VALUE_MATE - MAX_PLY;
1600       v = tb ? rootMoves[i].tbScore : v;
1601
1602       if (ss.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1603           ss << "\n";
1604
1605       ss << "info"
1606          << " depth "    << d / ONE_PLY
1607          << " seldepth " << rootMoves[i].selDepth
1608          << " multipv "  << i + 1
1609          << " score "    << UCI::value(v);
1610
1611       if (!tb && i == pvIdx)
1612           ss << (v >= beta ? " lowerbound" : v <= alpha ? " upperbound" : "");
1613
1614       ss << " nodes "    << nodesSearched
1615          << " nps "      << nodesSearched * 1000 / elapsed;
1616
1617       if (elapsed > 1000) // Earlier makes little sense
1618           ss << " hashfull " << TT.hashfull();
1619
1620       ss << " tbhits "   << tbHits
1621          << " time "     << elapsed
1622          << " pv";
1623
1624       for (Move m : rootMoves[i].pv)
1625           ss << " " << UCI::move(m, pos.is_chess960());
1626   }
1627
1628   return ss.str();
1629 }
1630
1631
1632 /// RootMove::extract_ponder_from_tt() is called in case we have no ponder move
1633 /// before exiting the search, for instance, in case we stop the search during a
1634 /// fail high at root. We try hard to have a ponder move to return to the GUI,
1635 /// otherwise in case of 'ponder on' we have nothing to think on.
1636
1637 bool RootMove::extract_ponder_from_tt(Position& pos) {
1638
1639     StateInfo st;
1640     bool ttHit;
1641
1642     assert(pv.size() == 1);
1643
1644     if (!pv[0])
1645         return false;
1646
1647     pos.do_move(pv[0], st);
1648     TTEntry* tte = TT.probe(pos.key(), ttHit);
1649
1650     if (ttHit)
1651     {
1652         Move m = tte->move(); // Local copy to be SMP safe
1653         if (MoveList<LEGAL>(pos).contains(m))
1654             pv.push_back(m);
1655     }
1656
1657     pos.undo_move(pv[0]);
1658     return pv.size() > 1;
1659 }
1660
1661 void Tablebases::rank_root_moves(Position& pos, Search::RootMoves& rootMoves) {
1662
1663     RootInTB = false;
1664     UseRule50 = bool(Options["Syzygy50MoveRule"]);
1665     ProbeDepth = int(Options["SyzygyProbeDepth"]) * ONE_PLY;
1666     Cardinality = int(Options["SyzygyProbeLimit"]);
1667     bool dtz_available = true;
1668
1669     // Tables with fewer pieces than SyzygyProbeLimit are searched with
1670     // ProbeDepth == DEPTH_ZERO
1671     if (Cardinality > MaxCardinality)
1672     {
1673         Cardinality = MaxCardinality;
1674         ProbeDepth = DEPTH_ZERO;
1675     }
1676
1677     if (Cardinality >= popcount(pos.pieces()) && !pos.can_castle(ANY_CASTLING))
1678     {
1679         // Rank moves using DTZ tables
1680         RootInTB = root_probe(pos, rootMoves);
1681
1682         if (!RootInTB)
1683         {
1684             // DTZ tables are missing; try to rank moves using WDL tables
1685             dtz_available = false;
1686             RootInTB = root_probe_wdl(pos, rootMoves);
1687         }
1688     }
1689
1690     if (RootInTB)
1691     {
1692         // Sort moves according to TB rank
1693         std::sort(rootMoves.begin(), rootMoves.end(),
1694                   [](const RootMove &a, const RootMove &b) { return a.tbRank > b.tbRank; } );
1695
1696         // Probe during search only if DTZ is not available and we are winning
1697         if (dtz_available || rootMoves[0].tbScore <= VALUE_DRAW)
1698             Cardinality = 0;
1699     }
1700     else
1701     {
1702         // Assign the same rank to all moves
1703         for (auto& m : rootMoves)
1704             m.tbRank = 0;
1705     }
1706 }